在生物实验教学中培养学生创新精神与实践能力
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作者: 李 玲
摘要： 生物学是一门以实验为基础的自然科学，实验操作能力是学生素质的主要体现之一，在实验中培养学生创造性思维，对素质教育的发展有很好的推动作用。本文作者以“植物细胞质壁分离和质壁分离复原”实验为例，阐述了实验的过程与方法， 并对实验结果作进一步的研究、讨论、分析，从而引发相关的思考。
关键词： 生物学 探究性实验 创新精神 实践能力 培养
1.问题的提出
江泽民同志曾指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。”培养学生的创新精神与实践能力，是当今素质教育的要求，也是生物教学的一项重要任务。
生物学是一门以实验为基础的自然科学，实验操作能力是学生素质的主要体现方式之一。新课改对大专学生的实验操作能力提出了更高的要求。但是，课本实验大多还是验证型实验，少有探究性实验，且实验的结果、现象一般来说是学生事先已知道的。同时，由于受传统教育观念制约，课堂教学过程往往会出现“考什么，教什么”、“教什么，学什么”的倾向，重知识灌输，轻能力培养，学生往往进行被动学习。这在一定程度上限制了学生的创新精神与实践能力的培养。笔者认为：在实验中培养学生的创造性思维，对素质教育的发展能起到很好的推动作用。下面以“植物细胞的质壁分离和质壁分离复原”这一实验教学内容为例作些初步探索。
2.过程与方法
2.1实验设计
首先全班学生都做书本上设定的以30%蔗糖溶液为渗透剂进行质壁分离及其复原实验。然后进行分组实验：把本班48位学生分成A―F六个小组，一排四桌8位学生为一个小组，教师引导学生探索不同浓度的渗透溶液对植物细胞的质壁分离及其复原在时间上的影响，从而加深理解引起质壁分离的外界条件及与浓度的关系。
2.2计时方法
质壁分离：从滴渗透液始至开始产生质壁分离止。
质壁分离复原：从滴清水始至完全复原止。
2.3过程与结果
2.3.1常规实验。采用30%蔗糖溶液做渗透剂，观察质壁分离现象，从滴渗透液开始用秒表计时，110秒左右就可观察到质壁分离现象；再滴加清水后，140秒左右观察到质壁分离复原现象。
2.3.2探究型实验。在完成教材所规定的基本实验后，教师提出如下问题：“本实验中使用的蔗糖溶液，如浓度高于30%，则实验的结果有什么不同？”“除蔗糖溶液外，想一想，能否用其它溶液来替代？”问题提出后，学生情绪高昂，跃跃欲试。对于蔗糖溶液浓度，有学生建议：采用40%，也有说采用35%，更有提出用50%。对于能否用其它溶液来替代蔗糖溶液，农村学生更有生活体验：“蕃茄片加食糖后有较多水分析出；青菜加盐腌制后，也有许多水分析出，所以我们用一定浓度的NaCl溶液也能使洋葱表皮细胞产生质壁分离。”是不是这样呢？为便于实验，我们进行分组实验：A―F六个小组分别采用35%、40%、50%蔗糖溶液；5%、10%、15%NaCl溶液进行探究型实验。实验结果如下：
2.4实验总结
教师请学生全面观察上述两个表格，然后发表看法。同时教师提出如下问题：“滴加上述溶液后，原先紫色的洋葱鳞叶表皮细胞发生了什么变化？”“同一溶质不同浓度的渗透溶液，产生质壁分离及其复原在时间上有何不同？”学生通过分析比较上表数据后，争先恐后地回答：“上述浓度的溶液都能引起细胞内紫色部分收缩。”“细胞失水，引起质壁分离。”“同一溶质的溶液，随着浓度的升高，引起质壁分离的时间缩短。”通过自身实践，学生自然而然地理解了植物细胞发生质壁分离及其复原的外界条件，即当细胞外溶液度高于细胞液浓度时，细胞失水；反之，细胞就吸水。同时还了解了：“外界浓度越浓，细胞失水越快。”通过这节课的实验，绝大部分学生都能理解植物细胞失水、吸水的原理，从而为下节课进述“水分的吸收”作了很好的铺垫，以实现知识的迁移。同时，采用40%蔗糖溶液、15%NaCl溶液作为渗透液进行实验的两个小组学生还注意到：在表中所列质壁分离复原相应时间上，尚有少部分细胞还未完全复原，甚至个别细胞根本就无法复原。采用50%蔗糖溶液作渗透剂进行实验的一个小组学生注意到：观察到质壁分离现象后，再滴加清水，细胞已无法复原。我请学生们再思考和讨论。有学生说：“可能浓度太高，细胞已腌死了。”（细胞过度失水，细胞已死亡）说明活细胞才具有渗透作用。
经过亲身实践，学生还发现：在气温较高的情况下，用40%蔗糖溶液，10%、15%NaCl溶液做本实验的渗透溶液不是最适宜的。因为采用上述浓度的溶液虽然可缩短质壁分离复原时间，但质壁分离时间过快，往往还没看仔细，细胞已过度失水，致使滴清水后，质壁分离时间延长，甚至有些细胞已根本无法复原了。采用50%蔗糖溶液做渗透剂的，更使细胞无法复原。通过实践，学生一致认为：用30%蔗糖溶液作为本实验的渗透溶液是比较理想的，两分钟左右观察到质壁分离现象后，再滴加清水，三分钟左右绝大部分细胞都能较快复原。通过走一遍生物学工作者走的探索之路，学生加深了对本验中所用试剂的适宜浓度的认识，同时也培养了学生的探索精神、科学思维能力和求真、求实的科学态度。
3.研究结果
通过引导探索高浓度溶液、不同溶液对植物细胞质壁分离及其复原在时间上的影响，激发学生的好奇心和求知欲，培养学生学习生物学的浓厚兴趣，从中也培养学生的发散性思维、创造性思维能力，点燃学生智慧的火花。笔者发现：在以后的其它实验教学和课本理论知识课堂教学中，学生在教师的启发引导下，也能表现出思维活跃，提出一些争议性的问题，供课内或课外讨论。
4.分析讨论
“植物细胞的质壁分离与质壁分离复原”这一实验是一个很好的探究性实验。教师设置悬念，学生产生“实验到底如何？”的好奇心，对实验操作有一种迫切“试一试”的悬念心理，学生带着一种期待的心理去学习，从而激起学生学习的浓厚兴趣，充分调动全体学生的积极性，把“被动性学习”转变为“主动性学习”，让学生在思维、实践和创新活动中成长和发展，努力体现“以教师为主导，以学生为主体”的素质教育理念。基于课堂教学的实际效果和当今素质教育对基础教育的要求，笔者做了以上初步尝试并作如下思考：
4.1传统的验证性实验在培养学生的动手能力、巩固课堂知识方面固然有它的优点，但它毕竟是验证已知的知识，实验结果、实验现象一般来说是学生事前知道的，学生不过是动手操作验证书本知识而已。这样就不能最大限度地调动全体学生的学习积极性，不能充分发挥学生的主体作用，因而也不利于学生学习能力的提高。学生按照既定的实验步骤，按部就班，得出与书本上相同的结果，实验就算成功。这种简单划一的教学方式，同样也不利于课堂教学中学生创造性思维能力的培养。
4.2探究性实验的特点是学生事前不知道答案，对学生富有挑战性。教师通过设置悬念，启发引导，让学生积极思考，独立探究，自行发现并掌握原理，独立实现认识过程。不墨守成规，突破书本材料、试剂等限制，给予学生探讨的余地，培养学生探究的意识，让学生自始至终积极参与教学全过程，从而完成知识的迁移和能力的转化。因此，生物实验教学不仅仅是单纯验证，更应启发探索，培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力。
4.3从大专学生的思维特点看，他们在感知和观察方面比中学生更富有目的性、全面性、深刻性和批判性，其想象力已能围绕问题进行连贯的构思，善于独立地提出问题和解决问题，喜欢探讨问题发生的原因。大专学习时期，是一个未来教师成长的关键时期。这一时期教育的成果，将在很大程度上决定着一个人、一个民族的创新活力。因此，在生物学教学中，教师更应注意因势利导，培养学生探索思维的习惯和意识。
4.4在探究式教学活动中，教师应注意以下几点：
4.4.1精心准备，避免盲目性。如本文所述实验中，对“蔗糖溶液浓度高于30%，则实验结果有什么不同？”这个“高浓度”到底高到多少？“NaCl溶液相应地设置哪些梯度？”这些都需在课前预先设计好。为此，在本实验课前准备过程中，笔者请几位小组长和教师一起配制渗透溶液。这也就是本文选用六种渗透液的依据。
4.4.2因势利导，避免随意性。学生的思维、探索过程离不开教师的启发引导，由浅入深、由表及里、步步深入、避免学生脱离探索的轨道。
4.4.3精讲多议，突出主体性。充分发挥以教师为主导，以学生为主体的作用。课堂教学中，避免教师一个人唱“独脚戏”，讲解过多，占用较多时间；而应充分发挥全体学生的主观能动性，给学生思考、探索、讨论的余地，尽力为学生创造一个探索、创建思维的空间。
4.4.4总结讨论，体现目的性。本文所述探究性实验的流程可归纳为：“定向质疑→设计方案→探索实践→归纳总结”。记录的分析、实验总结是探究性实验的重要环节。对实验中出现的一些问题、不同的实验现象和结果，通过分析、讨论，教师要进行恰当的评价，并正确指导学生撰写实验报告。
当今，全国的教学改革进行得如火如荼，如何加强探究式教学，激发学生的独立思考和创新意识，进而培养学生的精神和实践能力，全面推进素质教育，是我们广大教育工作者必须正视并亟需研究的重要课题。
参考文献：
［1］马炜梁主编.生物教学.华东师范大学出版社，1999，（4）.
［2］王蒙玛著.感悟生命――谈中学生物的教与学.上海教育出版社，1999.10，第1版
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